(57)【要約】【課題】シール性を確保しつつ部品点数を削減することできるガスケットを提供する。【解決手段】シリンダヘッドガスケット１４は、内燃機関のシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２間に介在されて、同内燃機関の運転に伴い生ずる燃焼ガスをシールする。このガスケット１４はシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２の被シール部に対応する箇所に係止孔１６を有する１枚の基板１５と、高弾性変形能を有する金属材料により形成され、かつ係止孔１６の内壁又はその近傍に係止される環状シール部材１７とを備える。金属材料は、バナジウム族元素と残部が実質的にチタンとからなるチタン合金であり、高引張り弾性限強度及び高弾性変形能を有し、冷間加工性に優れる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の一対の構成部材間に介在されて同内燃機関の流体をシールするガスケットにおいて、
前記両構成部材の被シール部に対応する箇所に係止孔を有する１枚の基板と、
高弾性変形能を有する金属材料により形成され、かつ前記基板の係止孔の内壁又はその近傍に係止される環状シール部材と
を備えることを特徴とするガスケット。
【請求項２】
前記流体は、前記内燃機関の運転に伴い生ずる燃焼ガスである請求項１に記載のガスケット。
【請求項３】
前記金属材料は、バナジウム族元素と残部が実質的にチタンとからなるチタン合金である請求項１又は２に記載のガスケット。
【請求項４】
前記環状シール部材は前記基板の前記係止孔に挿通される本体部と、前記本体部の外周面から外方へ突出する係止突部とを備えており、
前記基板の前記係止突部との接触箇所にて前記環状シール部材が前記基板に係止されている請求項１〜３のいずれか１つに記載のガスケット。
【請求項５】
前記係止突部は前記基板に接着又は溶着されている請求項４に記載のガスケット。
【請求項６】
前記係止突部と前記基板とはかしめられている請求項４に記載のガスケット。
【請求項７】
前記環状シール部材の外周面には溝が形成されており、この溝に前記係止孔の内壁が嵌入されることにより、同環状シール部材が前記基板に係止されている請求項１〜３のいずれか１つに記載のガスケット。
【請求項８】
前記環状シール部材は、前記基板の一方の面にあって前記係止孔の周囲に接着又は溶着されており、
前記基板には、前記環状シール部材が、その径方向についての内方及び外方へ変形するのを規制する規制部が形成されている請求項１〜３のいずれか１つに記載のガスケット。
【請求項９】
前記規制部は、前記基板を前記環状シール部材側へ膨らむように湾曲させることにより形成されている請求項８に記載のガスケット。
【請求項１０】
前記環状シール部材の内方への弾性変形を規制する規制部は、前記係止孔の内壁を同環状シール部材側へ折り返すことにより形成されている請求項８又は９に記載のガスケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内燃機関のシリンダブロック及びシリンダヘッド間に介在されて燃焼ガス等をシールするシリンダヘッドガスケット等のガスケットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のシリンダブロック及びシリンダヘッド間には、燃焼室で発生する燃焼ガスをシールするシリンダヘッドガスケット（以下、単にガスケットという）が介在される。このガスケットとしては種々の形態が従来より使用されており、例えば図１０に示すように一対の金属製の基板（弾性金属板）５１，５２を備えたものが知られている（特許文献１参照）。このガスケット５３では、両基板５１，５２において、シリンダブロック５６のシリンダボア５８に対応する箇所に孔５４があけられている。両基板５１，５２間には、ステンレス鋼等からなる面圧調整部材（シム板）５５が配置されている。さらに、一方（図の下方）の基板５１において孔５４の周りには、面圧調整部材５５側（図の上側）へ膨らむ環状の膨出部（ビード）５１Ａが形成されている。また、他方（図の上方）の基板５２において孔５４の周りには、面圧調整部材５５側（図の下側）へ膨らむ環状の膨出部（ビード）５２Ａが形成されている。
【０００３】
こうしたガスケット５３は、孔５４がシリンダボア５８に合致するようにシリンダブロック５６上に載置される。そして、ガスケット５３上にシリンダヘッド（図示略）が載置され、そのシリンダヘッドに挿通されたヘッドボルト（図示略）がガスケット５３を通じてシリンダブロック５６のねじ穴（図示略）に螺入される。このヘッドボルトが締め付けられることにより、膨出部５１Ａ，５２Ａに対しシリンダブロック５６及びシリンダヘッドによる圧縮荷重が加わり、同膨出部５１Ａ，５２Ａが弾性変形する。この弾性変形に伴い両基板５１，５２のシリンダブロック５６及びシリンダヘッドに対するシール面圧が高くなり、燃焼ガスがシールされる。
【特許文献１】特開平１１−２４１７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したガスケット５３には、面圧調整部材５５を一対の基板５１，５２によって挟み込むという３層構造を採っていることから部品点数が多くなる。これに対しては、シール性能を落とさずに部品点数を少なくしたいという要望がある。
【０００５】
しかしながら、上記ガスケット５３において一方の基板５１又は５２を省略する等、単に部品点数を少なくすると、燃焼圧が加わってシリンダブロック５６、シリンダヘッド等が変形する際のガスケット５３の追従性が低下するため、シール性を維持することが難しい。そこで、上述した要望に応えることのできる新規な構造のシリンダヘッドガスケットが望まれている。なお、こうした要望は、シリンダヘッドガスケットに限らず、内燃機関において他の箇所に用いられるガスケット、特に燃焼ガスの高い燃焼圧力の作用するガスケットについても同様にある。
【０００６】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、シール性を確保しつつ部品点数を削減することのできるガスケットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明では、内燃機関の一対の構成部材間に介在されて同内燃機関の流体をシールするガスケットにおいて、前記両構成部材の被シール部に対応する箇所に係止孔を有する１枚の基板と、高弾性変形能を有する金属材料により形成され、かつ前記基板の係止孔の内壁又はその近傍に係止される環状シール部材とを備えるものであるとする。
【０００８】
上記の構成によれば、ガスケットにより内燃機関の流体をシールする場合には、そのガスケットが内燃機関の一対の構成部材間に配置される。この状態では、ガスケットの基板に設けられた係止孔、及び同係止孔の内壁又はその近傍に係止された環状シール部材が、両構成部材の被シール部に対応する箇所に位置する。そして、環状シール部材が両構成部材から圧縮荷重を受けて弾性変形する。この弾性変形に伴い環状シール部材単独の両構成部材に対するシール面圧、又は環状シール部材及び基板の両構成部材に対するシール面圧が高くなり、内燃機関の流体がシールされる。
【０００９】
ここで、環状シール部材は、一般的な鋼材よりも弾性変形能の高い金属材料によって形成されている。この金属材料が内燃機関の両構成部材の金属材料と異なっているため、環状シール部材と両構成部材とで熱膨張率が異なる。そのため、内燃機関の運転・停止に伴う構成部材の温度変化が繰り返されたり、また内燃機関の運転中であっても燃焼サイクルにより温度変化が繰り返されたりすると、その温度変化に伴う変形量が両構成部材と環状シール部材とで異なる。この点、上記金属材料からなる環状シール部材は高弾性変形能を有していることから、両構成部材の変形に追従して弾性変形し、上記変形量の偏差を吸収する。このため、上記のような冷熱が繰り返されてもシール性が良好に維持される。
【００１０】
また、上記ガスケットでは、主として環状シール部材の弾性変形によって流体をシールする構成のため、少ない枚数（１枚）の基板であっても所定のシール性を確保することが可能である。
【００１１】
このように、請求項１に記載の発明にかかるガスケットによれば、シール性を確保しつつ部品点数を削減することができる。
なお、請求項２に記載の発明によるように、内燃機関の運転に伴い生ずる燃焼ガスを流体とすることができる。こうした燃焼ガスをシールするガスケットとしては、例えばシリンダブロック及びシリンダヘッドを内燃機関の一対の構成部材とし、それらの間に配置されるシリンダヘッドガスケットが挙げられる。そのほかにも、シリンダヘッド及び排気マニホールドを上記一対の構成部材とし、それらの間に配置される排気マニホールドガスケットも挙げられる。
【００１２】
また、上記金属材料としては、例えば請求項３に記載の発明によるように、バナジウム族元素と残部が実質的にチタンとからなるチタン合金が好適である。
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明において、前記環状シール部材は前記基板の前記係止孔に挿通される本体部と、前記本体部の外周面から外方へ突出する係止突部とを備えており、前記基板の前記係止突部との接触箇所にて前記環状シール部材が前記基板に係止されているとする。
【００１３】
上記構成のガスケットでは、環状シール部材の本体部が基板の係止孔に挿通される。本体部の外周面から外方へ突出する係止突部が、基板において係止孔の周囲に接触し、この接触箇所において環状シール部材が基板に係止される。この係止のために、例えば、請求項５に記載の発明によるように、係止突部を基板に接着又は溶着してもよいし、また請求項６に記載の発明によるように、係止突部と基板とをかしめてもよい。
【００１４】
上記ガスケットでは、環状シール部材が両構成部材の被シール部に直接接触する。そして、この環状シール部材が両構成部材から圧縮荷重を受けて弾性変形し、両構成部材に対するシール面圧が高くなって内燃機関の流体がシールされる。
【００１５】
請求項７に記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明において、前記環状シール部材の外周面には溝が形成されており、この溝に前記係止孔の内壁が嵌入されることにより、同環状シール部材が前記基板に係止されているとする。
【００１６】
上記構成のガスケットでは、環状シール部材の外周面に形成された溝に、基板の係止孔の内壁が嵌入されることにより、環状シール部材が基板に係止される。このガスケットでは、環状シール部材が両構成部材の被シール部に直接接触する。そして、この環状シール部材が両構成部材から圧縮荷重を受けて弾性変形し、両構成部材に対するシール面圧が高くなって内燃機関の流体がシールされる。
【００１７】
請求項８に記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明において、前記環状シール部材は、前記基板の一方の面にあって前記係止孔の周囲に接着又は溶着されており、前記基板には、前記環状シール部材が、その径方向についての内方及び外方へ変形するのを規制する規制部が形成されているとする。
【００１８】
上記構成のガスケットでは、環状シール部材が一方の構成部材の被シール部に直接接触し、基板における係止孔の周囲が他方の構成部材の被シール部に直接接触する。そして、環状シール部材が両構成部材から圧縮荷重を受けて、その径方向についての内方及び外方の少なくとも一方へ弾性変形する。この弾性変形は、基板に形成された規制部により規制される。従って、圧縮荷重を受けたときに、環状シール部材が径方向についての内方及び外方へ過剰に弾性変形してシール性能が低下するのを抑制することができる。
【００１９】
請求項９に記載の発明では、請求項８に記載の発明において、前記規制部は、前記基板を前記環状シール部材側へ膨らむように湾曲させることにより形成されているとする。
上記の構成によれば、両構成部材から圧縮荷重を受けて弾性変形した環状シール部材が、基板から環状シール部材側へ膨らむ規制部に当たると、それ以上の弾性変形が規制される。このように、基板の一部が規制部として機能するため、規制部の形成のために基板とは別部材を用いなくてもすむ。
【００２０】
請求項１０に記載の発明では、請求項８又は９に記載の発明において、前記環状シール部材の内方への弾性変形を規制する規制部は、前記係止孔の内壁を同環状シール部材側へ折り返すことにより形成されているとする。
【００２１】
上記の構成によれば、両構成部材から圧縮荷重を受けて弾性変形した環状シール部材が、上記のように折り返された規制部に当たると、それ以上の内方への弾性変形が規制される。この規制部は、係止孔の内壁を環状シール部材側へ折り返すことにより形成されている。このことから、折り返しの分、係止孔の周囲の厚みを増して、強度を高めることができる。そのほかにも、流体の圧力の一部を折り返し部分で受け止め、環状シール部材に加わる流体の圧力を緩和することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（第１実施形態）
以下、本発明を、内燃機関のシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介在されるシリンダヘッドガスケットに具体化した第１実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【００２３】
内燃機関は、図２に示すように、アルミニウム合金等、比較的比重の小さな金属材料によってそれぞれ形成されたシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２を構成部材として備えている。シリンダブロック１１にはシリンダボア１３が形成されており、ここにピストン（図示略）が往復動可能に収容される。シリンダボア１３においてピストンよりも上側の空間は燃焼室（図示略）を構成する。燃焼室では燃料と空気の混合気が燃焼される。燃焼に伴い生じた流体としての燃焼ガスの熱及び燃焼圧力がシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２に伝達される。また、これらの熱及び燃焼圧力はシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２間にも作用する。
【００２４】
シリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２間には、シリンダヘッドガスケット（以下、単にガスケットという）１４が介在されている。ガスケット１４は、シリンダブロック１１の上面におけるシリンダボア１３の周囲、及びシリンダヘッド１２の下面におけるシリンダボア１３の周囲を被シール部とし、これらの被シール部に所定の面圧（シール面圧）で接触することで、燃焼ガスがシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２間から外部へ漏れ出るのを抑制するものである。
【００２５】
図１及び図２に示すように、ガスケット１４は、鋼材等により形成された１枚の基板１５を備えている。基板１５において前記シリンダボア１３に対応する箇所には係止孔１６があけられており、各係止孔１６に環状シール部材１７が係止されている。各環状シール部材１７は、バナジウム族元素と残部が実質的にチタンとからなるチタン合金（特開２００２−２４９８３６号公報参照）によって形成されている。
【００２６】
ここで、バナジウム族元素としては、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）の少なくとも１種が用いられる。また、ここでのチタン合金は、チタン（Ｔｉ）を有する合金を意味し、チタンの含有量を特定するものではない。
【００２７】
上記チタン合金は、全体を１００％（質量百分率：以下同じ）とした場合、以下の［Ａ］〜［Ｇ］の条件を満たす組成を有するものであることが望ましい。
［Ａ］：バナジウム族元素の含有率が３０〜６０％であること。含有率が３０％未満であると十分な弾性変形能が得られず、６０％を越えると十分な引張り弾性限強度が得られず、チタン合金の密度が高くなって比強度の低下を招く。加えて、含有率が前記範囲を上回ると、材料偏析が生じやすくなり、材料の均質性が損なわれて靱性や延性の低下を招きやすい。
【００２８】
［Ｂ］：ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）及びスカンジウム（Ｓｃ）からなる金属元素群中の１種以上を合計で２０％以下含むこと。
スカンジウム（Ｓｃ）は、チタンに固融した場合、バナジウム族元素とともにチタン原子間の結合エネルギーを特異的に低下させ、弾性変形能を向上させる。ジルコニウム（Ｚｒ）及びハフニウム（Ｈｆ）は、チタン合金の弾性変形能及び引張り弾性限強度を向上させる。上記元素の合計の含有率が２０％を越えると、材料偏析による強度及び靱性の低下やコスト上昇を招く。
【００２９】
［Ｃ］：ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）及びスカンジウム（Ｓｃ）からなる金属元素群中の１種以上の元素を合計で２０％以下となるように含み、バナジウム族元素を前記金属元素群中の１種以上の元素との合計が３０〜６０％となるように含むこと。
【００３０】
［Ｄ］：クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）及びニッケル（Ｎｉ）からなる金属元素群中の１種以上の元素を含むこと。
クロム（Ｃｒ）及びモリブデン（Ｍｏ）の含有率はそれぞれ２０％以下であることが好ましい。クロム（Ｃｒ）及びモリブデン（Ｍｏ）は、チタン合金の強度及び熱間鍛造性を向上させる。熱間鍛造性が向上すると、チタン合金の生産性や歩留まりが向上する。ここで、上記元素のクロム（Ｃｒ）等の含有率が２０％を越えると、材料偏析が生じやすくなり、均質な材料を得ることが困難となる。
【００３１】
一方、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）及びニッケル（Ｎｉ）の含有率はそれぞれ１０％以下であることが好ましい。これらの元素は、モリブデン（Ｍｏ）等と同様、チタン合金の強度と熱間鍛造性を向上させる。従って、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）等の代わりに、又は加えて上記の元素を含有させてもよい。
【００３２】
なお、上記元素の含有率が１０％を越えると、チタンとの間で金属間化合物を形成し、延性の低下を招くため好ましくない。さらに、チタン合金の強度を向上させる目的で、α安定化元素であるスズ（Ｓｎ）を前記金属元素群に加えることも有効である。
【００３３】
［Ｅ］：チタン合金の強度向上のためにアルミニウム（Ａｌ）を０．３〜５％含むこと。
含有率が０．３％未満であると固溶強化作用が不十分で、十分な強度の向上が図れない。また、含有率が５％を越えると、チタン合金の延性を低下させる。なお、アルミニウム（Ａｌ）をスズ（Ｓｎ）とともに添加すると、チタン合金の靱性を低下させることなく、強度を向上させることができる。
【００３４】
［Ｆ］：０．０８〜０．６％の酸素（Ｏ）、０．０５〜１．０％の炭素（Ｃ）、０．０５〜０．８％の窒素（Ｎ）の少なくとも１種を含むこと。
これらの元素（Ｏ，Ｃ，Ｎ）は、いずれも侵入型の固溶強化元素であり、チタン合金のα相を安定にし、強度向上に有効である。酸素（Ｏ）の含有率が０．０８％未満、炭素（Ｃ）又は窒素（Ｎ）の含有率が０．０５％未満では、チタン合金の強度向上が十分ではない。また、酸素（Ｏ）の含有率が０．６％を越え、炭素（Ｃ）の含有率が１．０％を越え、又は窒素（Ｎ）の含有率が０．８％を超えると、チタン合金の脆化を招き、好ましくない。
【００３５】
［Ｇ］：０．０１〜１．０％のホウ素（Ｂ）を含むこと。
ホウ素（Ｂ）は、チタン合金の機械的な材料特性と熱間加工性とを向上させる。ホウ素（Ｂ）は、チタン合金に殆ど固溶せず、そのほぼ全量がチタン化合物粒子（ＴｉＢ粒子等）として析出する。この析出粒子が、チタン合金の結晶粒成長を著しく抑制して、チタン合金の組織を微細に維持するからである。ホウ素（Ｂ）の含有率が０．０１％未満であると、その効果が十分ではなく、１．０％を越えると、高剛性の析出粒子が増え、チタン合金の弾性変形能及び冷間加工性の各低下を招いてしまう。
【００３６】
なお、本発明のチタン合金の趣旨を逸脱しない範囲内で、上記〔Ａ〕〜〔Ｇ〕に、別の元素をさらに配合してもよい。
上記組成のチタン合金は、次の冷間加工工程及び時効処理工程を順に経ることにより製造される。
【００３７】
［冷間加工工程］
この工程では、バナジウム族元素と残部が実質的にチタンとからなるチタン合金原材に１０％以上の冷間加工率で冷間加工が加えられる。
【００３８】
ここで、冷間加工率をＸとし、冷間加工前の断面積をＳ０とし、冷間加工後の断面積をＳとすると、冷間加工率Ｘは次式（１）で表される。
Ｘ［％］＝｛（Ｓ０−Ｓ）／Ｓ０｝・１００      ・・・（１）
冷間とは、チタン合金の再結晶温度（６００℃程度）よりも十分低温であることを意味し、常温〜３００℃の範囲の温度状態を指す。
【００３９】
この冷間加工によりチタン合金内に加工ひずみが付与され、原子レベルでのミクロ的な構造変化が組織内にもたらされ、チタン合金の弾性変形能が向上する。また、この構造変化に伴う弾性ひずみの蓄積によりチタン合金の引張り弾性限強度が向上する。
【００４０】
［時効処理工程］
この工程では、前記冷間加工工程により得られた冷間加工材に対し、１５０℃〜６００℃の範囲の処理温度で、ラルソン・ミラーパラメータＰが８．０〜１８．５となる時効処理が施される。熱処理温度をＴとし、熱処理時間をｔとすると、このパラメータＰは次式（２）で表される。
【００４１】
Ｐ＝（Ｔ＋２７３）・（２０＋ｌｏｇ１０ｔ）／１００      ・・・（２）
上記パラメータＰが８．０未満では、時効処理を施しても好ましい材料特性の向上が得られず、パラメータＰが１８．５を越えると、引張り弾性限強度の低下、平均ヤング率の上昇、弾性変形能の低下等を招く。
【００４２】
このようにチタン合金原材に所定量の冷間加工を施した後に適切な条件下で時効処理を施すことにより、弾性異方性が維持されるとともに、ヤング率の急激な上昇が回避され、高弾性変形能及び高引張り弾性限強度を有する上記チタン合金が得られる。
【００４３】
また、上記チタン合金原材は、例えば次の混合工程、成形工程及び焼結工程を順に経ることにより製造される。混合工程では、チタンとバナジウム族元素とを含む少なくとも二種以上の原料粉末が混合される。成形工程では、前記混合工程により得られた混合粉末が所定形状の成形体に成形される。焼結工程では、前記成形工程により得られた成形体が加熱されて焼結される。
【００４４】
上記チタン合金原材は、そのほかにも次の充填工程及び焼結工程を順に経るＨＩＰ法によっても製造される。充填工程では、チタンとバナジウム族元素とを含む原料粉末が所定形状の容器に充填される。焼結工程は、前記充填工程により得られた容器中の原料粉末が熱間静水圧法（ＨＩＰ）法により焼結される。
【００４５】
そのほかにも上記チタン合金原材は溶解法によっても製造可能である。
こうして得られるバナジウム族元素とチタンとの組み合わせからなるチタン合金は、９５０ＭＰａ以上という高い引張り弾性限強度（高強度）と、１．６％以上という高い高弾性変形能（高弾性）とを有する。また、前記チタン合金は上記特性に加え、室温において強加工を行っても硬化しないため、どこまでも冷間加工が可能であるという優れた冷間加工性（超塑性的性質）も有する。ここで、引張り弾性限強度とは、試験片への荷重の負荷と除荷とを徐々に繰り返して行う引張り試験において、永久伸び（ひずみ）が０．２％に達したときに負荷していた応力をいう。また、弾性変形能とは、前記引張り弾性限強度内における試験片の伸びを意味し、特にその伸びの大きいことを「高弾性変形能」という。
【００４６】
図３は、第１実施形態で用いたチタン合金及び一般的な鋼材についての応力−ひずみ線図を示している。横軸は、試験片に荷重をかけてゆくときに生ずるひずみを示し、縦軸はこのひずみに相当する応力を示している。図３からわかるように、一般的な鋼材の弾性限度が約０．２％であるのに対し、第１実施形態のチタン合金の弾性限度は約２．５％と高く、弾性範囲が約１０倍広い。
【００４７】
また、一般的な鋼材の引張り強度が５００ＭＰａ程度であるのに対し、第１実施形態で用いたチタン合金の引張り強度は約１２００ＭＰａと高い。ここで、荷重を増加してゆくと応力及びひずみがともに増加し、最大荷重に達すると試験片が局部的に著しく伸びた後に破断する。引張り強度は、この破断に至るまでに現れる最大の応力のことである。
【００４８】
上記組成のチタン合金からなる環状シール部材１７は、図２に示すように基板１５の係止孔１６よりも若干小径の円環状をなす本体部１８と、その本体部１８の外周面下部から外方（図２の右方）へ突出する係止突部１９とを備える。本体部１８はどの箇所においても一様に矩形断面を有する。係止突部１９は円環状をなしていて本体部１８の外周面の全周にわたって形成されている。これに代えて、複数の係止突部１９が本体部１８の外周面の互いに周方向に離間した箇所に設けられてもよい。そして、本体部１８が基板１５の下方から係止孔１６に挿通されて、係止突部１９が基板１５の下面に接触し、その接触箇所において係止突部１９が基板１５に対し接着又は溶着されている。
【００４９】
上記構成を有するガスケット１４の使用に際しては、環状シール部材１７がシリンダボア１３の周囲に位置するように位置を合わせながらガスケット１４をシリンダブロック１１上に載置する。このガスケット１４の上にシリンダヘッド１２を載置する。この状態では、環状シール部材１７の下面がシリンダブロック１１、例えばシリンダライナ１１Ａの上面に直接接触し、同環状シール部材１７の上面がシリンダヘッド１２の下面に直接接触する。そして、シリンダヘッド１２の上方からヘッドボルトをシリンダヘッド１２及びガスケット１４に挿通し、シリンダブロック１１のねじ穴に螺入する。図１中の２０は、このときヘッドボルトが挿通されるガスケット１４の孔を示している。このヘッドボルトを締め付けることにより、環状シール部材１７がシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２から圧縮荷重を受けて弾性変形する。この弾性変形に伴い環状シール部材１７のシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２に対するシール面圧が高くなり、内燃機関の運転に伴い燃焼室で発生した燃焼ガスがシールされる。
【００５０】
ここで、環状シール部材１７は、一般的な鋼材よりも弾性変形能の高い金属材料（チタン合金）によって形成されている。この金属材料がシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２の金属材料（アルミニウム合金）と異なっているため、環状シール部材１７とシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２とで熱膨張率が異なる。そのため、これらのシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２において、内燃機関の運転・停止に伴う温度変化が繰り返されたり、また内燃機関の運転中であっても燃焼サイクルにより温度変化が繰り返されたりすると、その温度変化に伴う変形量がシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２と環状シール部材１７とで異なる。この点、環状シール部材１７の金属材料（チタン合金）が高弾性変形能を有していることから、同環状シール部材１７はシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２の変形に追従して弾性変形し、上記変形量の偏差を吸収する。
【００５１】
以上詳述した第１実施形態のガスケットによれば、次の効果が得られる。
（１）環状シール部材１７を、一般的な鋼材よりも弾性変形能に優れた新規な金属材料（チタン合金）によって形成している。そのため、シリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２と環状シール部材１７とで熱膨張率が異なっている状況のもと、温度変化（冷熱）に伴う変形量がそれらの部材１１，１２と１７との間で異なっていても、その偏差を環状シール部材１７の弾性変形により吸収してガスケット１４のシール性を良好に維持することができる。
【００５２】
また、上記ガスケット１４は主として環状シール部材１７の弾性変形によって燃焼ガスをシールする構成のため、少ない枚数（１枚）の基板１５でありながらも所定のシール性を確保することができる。このように、第１実施形態のガスケット１４によれば、シール性を確保しつつ部品点数を削減することができる。
【００５３】
（２）一対の基板５１，５２間に一般的な鋼材からなる面圧調整部材５５を介在させたタイプのシリンダヘッドガスケット５３（図１０参照）では、次の現象が起こり得る。それは、主たるシールに関わる箇所である膨出部５１Ａ，５２Ａが尖った断面形状を有していたり、折り曲げられていたりすると、それらの角の部分が強く押しつけられることにより、シリンダブロック５６やシリンダヘッドに溝状の圧痕が付くことである。この点、第１実施形態ではこうした膨出部５１Ａ，５２Ａに代えて、チタン合金製の環状シール部材１７を用いている。この環状シール部材１７は高弾性変形能を有していて容易に弾性変形するため、上記のようなシリンダブロック１１、シリンダヘッド１２等に圧痕を付けるおそれがない。
【００５４】
（３）環状シール部材１７の材料として冷間加工性に優れた金属材料（チタン合金）を用いているため、本体部１８及び係止突部１９からなる環状シール部材１７を室温あるいは冷間にて強加工することによって確実に形成することができる。
【００５５】
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態について、図４を参照して説明する。
第２実施形態のガスケット１４は、基板１５の係止孔１６に対する環状シール部材１７の係止構造が第１実施形態と異なっている。環状シール部材１７は本体部１８のみからなり、係止突部１９は設けられていない。係止突部１９に代えて、本体部１８の外周面にはその全周にわたって環状溝２１が形成されている。そして、この環状溝２１に係止孔１６の内壁が嵌入されることにより、環状シール部材１７が基板１５に係止されている。なお、第２実施形態において第１実施形態と同様の部材、箇所等には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５６】
上記のように係止孔１６の内壁に環状シール部材１７が係止されたガスケット１４では、環状シール部材１７がシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２の各被シール部に直接接触する。そして、環状シール部材１７がシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２から圧縮荷重を受けて弾性変形し、両者１１，１２に対するシール面圧が高くなって燃焼室からの燃焼ガスがシールされる。
【００５７】
従って、第２実施形態によれば、上記（１）〜（３）の効果に加え、次の効果が得られる。
（４）本体部１８外周の環状溝２１に係止孔１６の内壁を嵌入するだけで、環状シール部材１７を基板１５に係止することができる。そのため、第１実施形態とは異なり、接着や溶着を行わなくてもすむ。
【００５８】
（第３実施形態）
次に、本発明を具体化した第３実施形態について、図５及び図６を参照して説明する。
第３実施形態のガスケット１４は、基板１５の係止孔１６に対する環状シール部材１７の係止構造が第１実施形態と異なっている。基板１５において、係止孔１６の周囲はシリンダヘッド１２側へ膨らむように湾曲形成されている。この湾曲形成により、基板１５のシリンダブロック１１側の面（下面）において係止孔１６を取り囲む箇所には環状の凹部２３が形成されている。この凹部２３の内周側の壁面２４及び外周側の壁面２５は互いに反対方向へ傾斜しており、これらの傾斜により、凹部２３の幅は基板１５の下面で最も広く、上側ほど狭くなっている。そして、図５に示すように、矩形断面を有する環状シール部材１７が基板１５の下方から凹部２３内に入れられ、その環状シール部材１７の上面が凹部２３の天井面に接着又は溶着により固定されている。凹部２３の両壁面２４，２５は、環状シール部材１７が、その径方向についての内方（図５の左方）及び外方（図５の右方）へ変形するのを規制する規制部を構成している。なお、第３実施形態において第１実施形態と同様の部材、箇所等には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５９】
上記のように、凹部２３に環状シール部材１７が係止されたガスケット１４では、その環状シール部材１７の下面がシリンダブロック１１の上面の被シール部に直接接触し、基板１５の膨出部分がシリンダヘッド１２の被シール部に直接接触する。そして、環状シール部材１７がシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２から上下方向の圧縮荷重を受けて、径方向についての内方及び外方の少なくとも一方へ弾性変形する。この弾性変形により、環状シール部材１７が図６に示すように、凹部２３の壁面２４，２５の少なくとも一方に接触すると、それ以上の弾性変形が規制される。
【００６０】
従って、第３実施形態によれば、上述した（１）〜（３）と同様の作用及び効果が得られるほか、次の効果が得られる。
（５）基板１５において係止孔１６の周囲に環状の凹部２３を設け、環状シール部材１７をこの凹部２３に接着又は溶着により固定している。そして、凹部２３の内周側の壁面２４及び外周側の壁面２５を規制部として機能させている。このため、ガスケット１４がシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２から上下方向の圧縮荷重を受けたときに環状シール部材１７が径方向についての内方及び外方へ過剰に弾性変形してシール性能が低下するのを抑制することができる。
【００６１】
（６）基板１５の一部を湾曲させることにより凹部２３を形成し、その壁面２４，２５を規制部として機能させている。そのため、基板１５とは別部材を用いることなく規制部を形成することができる。
【００６２】
（第４実施形態）
次に、本発明を具体化した第４実施形態について、図７を参照して説明する。
第４実施形態のガスケット１４は、基板１５における規制部の構成が第３実施形態と異なっている。基板１５において、環状シール部材１７を取り囲む箇所にはシリンダブロック１１側へ膨らむ円環状の膨出部２７が湾曲形成されている。また、基板１５において係止孔１６の内壁は下方へ折り曲げられ、さらに外側（環状シール部材１７側）へ折り返されている。従って、この折り返された箇所（折り返し部２６）では、基板１５は他の箇所の約２倍の厚みを有していることとなる。そして、これらの膨出部２７及び折り返し部２６によって規制部が構成されている。なお、第４実施形態において第３実施形態と同様の部材、箇所等には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６３】
上記のように基板１５に環状シール部材１７が係止されたガスケット１４では、シリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２から上下方向の圧縮荷重を受けて弾性変形した環状シール部材１７が膨出部２７に当たると、それ以上の外方（図７の右方）への弾性変形が規制される。また、弾性変形した環状シール部材１７が折り返し部２６に当たると、それ以上の内方（図７の左方）への弾性変形が規制される。
【００６４】
従って、第４実施形態によれば、上述した（１）〜（３），（５），（６）と同様の作用及び効果が得られるほか、次の効果が得られる。
（７）基板１５の中でも係止孔１６の周囲は燃焼室に最も近い箇所であることから、燃焼ガスの高い燃焼圧力が直接作用する。この点、第４実施形態では、規制部の形成のために基板１５の係止孔１６の内壁を折り返している。このため、係止孔１６の周りの厚みを基板１５のほかの箇所の約２倍として、同箇所の強度を高めることができ、上記のような高い燃焼圧力が作用しても変形しにくくすることができる。
【００６５】
（８）基板１５の係止孔１６の内壁を折り返すことで折り返し部２６を形成している。この折り返し部２６の位置は、燃焼ガスが流れる経路において環状シール部材１７よりも上流側である。このため、折り返し部２６によって燃焼圧力の一部を受け止め、環状シール部材１７に加わる燃焼圧力を緩和することができる。
【００６６】
なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・図８は、環状シール部材１７に荷重を加えた場合の、環状シール部材１７の上下方向の圧縮変位量を示している。この特性は環状シール部材１７の断面形状に応じて異なる。図８における実線は断面形状が矩形である場合を示しており、変位量と荷重とが略比例に近い関係にある。一方、図８における二点鎖線は、断面形状が図９（Ｄ）に示すような三角形である場合を示している。この断面形状では、環状シール部材１７を所定量変位させるのに必要な荷重は、同環状シール部材１７の上端部分では小さいが下側ほど大きくなる。すなわち、変位量の少ない領域では小さな荷重でも環状シール部材１７が容易に変位するが、変位量の多い領域では変位量が多くなるに従い大きな荷重を加えなければ変位しなくなる。
【００６７】
この点に着目して、要求特性に応じて環状シール部材１７の断面形状を種々変更してもよい。こうした断面形状としては、前述した三角形以外にも、例えば図９（Ａ）に示す半円形、図９（Ｂ）に示す円形、図９（Ｃ）に示す台形等が挙げられる。こうすることで、変位量−荷重特性の異なる様々な環状シール部材１７を容易に提供することが可能となる。これは、冷間加工性に優れたチタン合金を用いることによってなし得ることである。
【００６８】
・第１実施形態において、環状シール部材１７を基板１５に係止するために、互いに接触する係止突部１９と基板１５の係止孔１６の内壁とをリベット（鋲）によってかしめてもよい。この場合、例えば、係止突部１９及び基板１５のいずれか一方にリベットを予め固定しておき、このリベットを係止突部１９及び基板１５の他方に挿通する。そして、リベットの先端を押し潰して係止突部１９及び基板１５を締結する。
【００６９】
・各実施形態では環状シール部材１７の断面形状をどの箇所でも一様としたが、部位に応じて断面形状を異ならせてもよい。
・第３及び第４実施形態において、基板１５のシリンダヘッド１２側の面（上面）に環状シール部材１７を係止してもよい。この場合、第３実施形態では、係止孔１６の周囲をシリンダブロック１１側へ膨らむように湾曲形成する。また、第４実施形態では、膨出部２７をシリンダヘッド１２側へ膨らむように湾曲形成する。基板１５において係止孔１６の内壁を上方へ折り曲げ、さらに外側（環状シール部材１７側）へ折り返す。いずれの実施形態でも、基板１５の一部を環状シール部材１７側へ膨らむように湾曲形成する。
【００７０】
・本発明は、シリンダヘッドガスケット以外のガスケットにも適用可能である。こうしたガスケットとしては、例えば、シリンダヘッド及び排気マニホールドを内燃機関の一対の構成部材とし、それらの間に介在される排気マニホールドガスケットが挙げられる。また、本発明は内燃機関において燃焼ガス以外の流体をシールするガスケットにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明を具体化した第１実施形態におけるガスケットの部分平面図。
【図２】図１における２−２線拡大断面図。
【図３】応力−ひずみ線図。
【図４】第２実施形態におけるガスケットの部分拡大断面図。
【図５】第３実施形態におけるガスケットの部分拡大断面図。
【図６】環状シール部材の弾性変形が規制された状態を示す部分拡大断面図。
【図７】第４実施形態におけるガスケットの部分拡大断面図。
【図８】上下方向の圧縮による環状シール部材の変形量と荷重との関係を示す特性図。
【図９】（Ａ）〜（Ｄ）は環状シール部材の別の実施形態を示す断面図。
【図１０】背景技術におけるガスケットを示す部分拡大断面図。
【符号の説明】
【００７２】
１１…シリンダブロック（内燃機関の構成部材）、１２…シリンダヘッド（内燃機関の構成部材）、１４…ガスケット、１５…基板、１６…係止孔、１７…環状シール部材、１８…本体部、１９…係止突部、２１…環状溝（溝）、２４，２５…壁面（規制部）、２６…折り返し部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2005265018.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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